התפקיד של סראמיקים מתקדמים ב-Enhancing את יכולת הרוח של Wind Turbine Components

התפקיד של סראמיקים מתקדמים ב-Enhancing את יכולת הרוח של Wind Turbine Components

טורבינות הרוח הפכו אבן הפינה של המעבר העולמי לאנרגיה מתחדשת, המרת אנרגיית רוח קינטית לחשמל בקנה מידה הולך וגובר.עם דחיפה לעבר רוטורים גדולים יותר, מגדלים גבוהים יותר, ומתקני offshore, הדרישות מבניות ומכניות על רכיבי טורבינות יש להגביר את צפיפותם של חומרים כימיים מתקדמים, תוך שיפור משמעותי של מחזור חיים של 20-30 שנים, אבל חשיפה לבודדים חלקיים תרמיים, לחות, מלחים וטמפרטורות קיצוניות כמו מתחמיים מתקדמים, כמו גם חומרים מתחמיים, כמו חומרים מתחמיים קריטיים, כמו מתחמיים, וטמפרטורות גבוהות יותר, כמו גם חומרים מתחמיים מתקדמים, כמו מתחמיים, כמו מתחמיים, ממושכים, כמו מתחמיים, חומרים מתחמיים, ממושכות, מאיץ חומרים מתחמיים של מחזוריים, ואפקטיביים של מחזוריים, תוך כדי שיפור משמעותי של מחזור חיים של מחזור חיים של מחזוריים, תוך כדי שיפור משמעותי של מחזוריים, כמו מתחמיים של מחזוריים, תוך כדי שיפור משמעותי של מחזוריים של מחזוריים של מחזוריים של מחזוריים מתקדמים, כמו גם חומרים מתחמיים של 20-30 שנים, תוך כדי שיפור משמעותי של מחזור חיים של מחזוריים, תוך כדי שיפור משמעותי של מחזוריים, תוך כדי שיפור משמעותי

הבנה מתקדמת Ceramics

קרמיקה מתקדמת מונדסת בחומרים לא-מטאליקליים מעובדים כדי להשיג חומרים מכניים, תרמיים וחשמליים יוצאי דופן.בניגוד לקרמיקה המסורתית (למשל, חימר, לבנה), קרמיקה מתקדמת מיוצרת מאבקות סינתטיות מטוהרות מאוד בתנאים מבוקרים כגון חומצות דלקתיות בעוצמה גבוהה או חומציות דלקתיות כימיות, הן לעתים קרובות עמידות על פני מים קרמיקה, חום, או טמפרטורות חד-חמצני.

אחת התכונות החשובות ביותר של קרמיקה מתקדמת עבור יישומי רוח היא ההתנגדות ללבוש שלהם.סיליקון nitride, למשל, יש קשיחות שנייה רק ליהלומים, מה שהופך אותו אידיאלי עבור משטחים נושא וגלגלים מתגלגלים.בנוסף, קרמיקה הם עמידים מטבעם לקורוזיון ולא סובלים מאותה מנגנוני השפלה אלקטרוכימיים כי הם מגיפות בסביבות ימיות שלהם יכול להיות מותאם להפרעות מינימליות של תאים מתקדמים, כדי להפחית את הטמפרטורות גבוהות, עם יכולת מתכתית, כדי להפחית את הפחתת לחץ גבוה.

חומרים מרכזיים בשימוש ברוח Turbines

• [ה]ב[[173]]: [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]
• (ב) ⁇ (ב"א): "[ה]" (אלפא"ד:2,364 ויקרא י"ד:2,2173] ,3FLT:4) ,"מ"ל:5 - קשיות גבוהה, תכונות דיאלקטריות מצוינות, עלות מתונה; החלת כציפוי להגנה מפני שחיקה ו בידוד חשמלי.
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [15] ,0) , ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [17] ,0) ,(ה) ,(ה) ,(ה) ,(ב) ,2FLT 3:OphirFLT:4 ,303303303303303303) ,SiC או SiC-C סיבים לנוקשות מוגברת ונכסים מותאמים.

מדוע רוח טורבינים זקוקים ל- Ceramics מתקדם

הסביבה התפעולית של טורבינות רוח היא בין הענישה ביותר עבור כל מערכת מכנית. Offshore טורבינות פנים מלח קבוע תרסיס מלח, לחות גבוהה, ביו-פוץ טורבינות במדבר או אקלים קר מותקפים על ידי חול, קרח, וקרינת אולטרה סגולה. טמפרטורות יכול לעלות על 50 מעלות צלזיוס ביום אחד, גרימת מתח תרמי כי בנוסף, כונן - כולל מחסנים, כולל טכנאים איטי, עלולים, כמו גם קרמיקה, כמו גם קרמיקה, כמו גם מחסנים גבוהה, עלולים, כמו גם קרמיקה, ו מחסנים, כמו גם קרמיקה, ומנעים, כמו גם קרמיקה, כמו גם מחסנים גבוהה, כמו גם קרמיקה, קרמיקה, כמו גם מחסנים גבוהה, עלולים, קרמיקה, צמיגים, מחסנים מגנטיים, כמו גם מחסנים גבוהה, צמיגים, כמו גם, יכול לדרוש קרמיקה, קרמיקה, כמו גם מחסנים גבוהה, כמו גם מחסנים גבוהים, כמו גם מחסנים גבוהים, מחסנים גבוהה, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, צמיגים, צמיגים, כמו גם מחסנים צמיגים סגורים, מחסנים ירידה גבוהה

מתכת, בעוד דוקטרילי ו מובן היטב, סובלים מעיוות פלסטי, מתפתל, ללבוש דבק דבקים, ומימן embrittlement בסביבות לחות או מלוחות. פולימר מורכב, בשימוש נרחב בלהבים, erode במהירות תחת גשם או השפעה חול. Ceramics, לעומת זאת, הם כמעט בלתי חוקיים וקשה מאוד.

יישומים של Ceramics מתקדם ברוח Turbines

דובים ו-Gearboxes

אולי היישום המשפיע ביותר של קרמיקה מתקדמת בטורבינות רוח הוא בנשאות, במיוחד עבור פיר הראשי ותיבת הילוכים. כריות קרמיקה היברידית, המשלב אלמנטים סיליקון מתגלגל עם גזעים פלדה, הפך סטנדרטי בטורבינות ביצועים רבים.כדורים קרמיקה הם קלים יותר מאשר פלדה, אשר מפחית כוחות צנטריפוגיים מלאים ו skidding במהירויות גבוהות.הם גם לייצר פחות חום, שיפור, היווצרות סרט מתכת, ומופעי חום, 000 יותר מאשר זיהומים מלאים, 000.

Gearboxes, לעתים קרובות את מערכת תת-המערכת הכשל ביותר, ליהנות משיניים קרמיקה ושמיכות דחף קרמיקה.comings של טיטניום nitride (TiN) או פחמן דמוי יהלום (DLC) החל באמצעות תנופה פיזית של תנוחה להפחית את החיכוך ולמנוע micropitting. Ceramic rollers בהילוך פלנטרי מגדיר רעש נוסף ו.

Blades and Hubs

להבים טורבינות רוח נחשפים לכוחות האקווריביים הקשים ביותר. טיפות גשם נודדות ב 80 מ' /s יכול לגרום לשחיקה חמורה על הקצוות המובילים, לחוסם את פני השטח ולהקטין את המעלית האירודינמית. חול, אבק וחלקיקים קרח לגרום נזק נוסף.בזמן, שחיקה מובילה לאובדן ייצור אנרגיה שנתי של 5-20%, בהתאם לתנאי האתר, לספק קרמיקה קשה, חלקה, ומולקולות של סיליקון, הן עמידות למולקולות של סיליקון, או סיליקון, הן מחוסמות, אשר מחוסמות של חומרים מחוספסים, או מחוספסים, או מחוספסות של סיליקון, אשר מחוספסים, הן מחוספסות של חומרים מחוספסים, או מחוספסים, אשר מחוספסות של טכניקות מחוספסים, או מחוספסים, או מחוספסים, אשר מחוספסות היטב, אשר מחוספסות על ידי סיליקון, אשר מחוספסות של חומר נפץ, או מחוספסים היטב, אשר עלולות של חומר נפץ, כדי ליצור סיליקון, או מחוספסים, אשר עלולות של חומרים מחוספסים, אשר עלולות של חומרים מחוספסות של חומר נפץ מוצקות של

המיקומים והתא התאיים, שבדרך כלל עשויים ברזל או פלדה משוריינת, הם גם מצופים בצבע מלא קרמיקה או קרמיקה תרמית-sprayed כדי להתנגד לקורוזיה מלח ושפל UV.זה חשוב במיוחד עבור טורבינות offshore, שבו האזור גורם קורוזיה מואצת. Ceramic ציפויים לחסל את הצורך עבור תכופים ולהפחית את החלשים מבניים.

גנרטורים וכוח אלקטרוניקה

ממריצים הגנרטור ורוחות רוטטור כפופים ללחץ חשמלי גבוה ורכיבי אופניים תרמיים.חומרי בידוד Ceramic, כגון קלטות אלומיניום ומרכיבים המבוססים על mica, מספקים כוח דיאלקטרי מעולה והתנגדות חום.הם מונעים מעגלים קצרים ופגמים קרקעיים אפילו בטמפרטורות הפעלה גבוהות יותר. קרמיקה מתקדמת משמשים גם גנרטורים קבועים כמו encapride, הגנה על אדמה נדירה-ידי ממטר נדיר ממטר גסה (מסטרומטרה) ממטרדנציה גבוהה יותר (מסטרומטרת חום) או ממולקולות).

חיישנים ומערכות מעקב

ניטור מצב חיוני לשמירה על חיזוי של טורבינות רוח. Piezoelectric קרמיקה, כגון להוביל zirconate titanate (PZT), מוטבעת להבים ונושאים למדידת רטט, מתח, ואירועי השפעה.חיישנים אלה פועלים באופן אמין על טווחי טמפרטורה רחב ויכולים לזהות תקלות בלתי צפויות לפני הכישלון מתרחש חיישנים המבוססים על Ceramic עם זמני תגובה מהירים וטמפרטורות קירור, כדי לעזור טמפרטורות קירור.

היתרונות של שימוש ב- Ceramics מתקדם

• (FLT:0) ,Extended Component LifetimeFIRLT:1 ; Ceramics לסבול שחיקה, עייפות, קורוזיה הרבה יותר טוב מאשר מתכות ופולימרים. Bearings, הילוכים, וציפוי להב באופן שגרתי מעל החיים של חלופות קונבנציונליות, צמצום תדירות של יתר על המידה העיקריים.
• (FLT:0) תחזוקת עלויות תחזוקת התחזוקה המתוקנת 1 - כישלונות מעטים יותר מתכוונים פחות ללא חתיכה במשרה נמוכה יותר וממציאים נמוכים יותר של חברות פרטיות.עבור טורבינות בחו"ל, שם שיחת כלי שירות יכולה לעלות עשרות אלפי דולרים, אפילו הרחבה של שנתיים במרווחי תחזוקה מניבה חיסכון משמעותי.
• (FLT:0)Imroved EfficiencyFIRLT:1) - חיכוך נמוך יותר בנושאות ואביזרים מפחית הפסדים פרציטיים, עלייה ישירה של פלט חשמל. Smoother משטחים מציפויים קרמיקה לשמור על יעילות אווירודינמית, להגביר את ייצור האנרגיה השנתי על ידי 1–3%.
• (FLT:0Corrosion and Thermal ResistanceFreaLT:1) - Ceramics הם חסינים על קורוזיה גליונית ושומרים על כוח בטמפרטורות גבוהות נתקלו בתיבת הילוכים וגנרטורים.זה מאפשר למעצבים לדחוף תנאים תפעוליים תוך שמירה על אמינות.
• (FLT:0) היתרונות של ההנעה 1FLT (או ירידה בצריכת סיכה (או חיסול בעיצובים של קרמיקה) חותך דליפות שמן ועלויות של רכיב ארוך יותר משמעות גם פחות מיצוי חומרי גלם ואנרגיה ייצור על מחזור החיים של טורבינה.
• (FLT:0) Lighter WeightofLT:1 - אלמנטים מתגלגלים Ceramic הם 40% יותר קל מאשר פלדה, צמצום אינרציה ומאפשר האצה מהירה יותר.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלהם, קרמיקה מתקדמת אינה תרופת פלאאצה. יש לטפל במחסומים טכניים וכלכליים רבים לאימוץ נרחב בטורבינות רוח.

בריפל ונפיחות

Ceramics הם שופע בהשוואה למתכות; הם חסרים את הדלונות כדי להכיל ריכוזים מתח או עומס השפעה. פגם חד או עומס יתר יכול לגרום שבר קטסטרופלי, בעוד קרמיקה קשה כגון zirconia ו nitride יש קשיחות רבה יותר שבר (~ 5-10 MPa MPamFLT:01/2Fevolveve:1LT), הם עדיין דורשים עיצוב זהיר כדי למנוע לחץ רבדים לעתים קרובות.

ייצור מורכבות ועלויות

קרמיקה מתקדמת דורשת חומרי גלם עתירי שומן גבוהים, מחטאים בטמפרטורות מעל 1600 מעלות צלזיוס, ולעתים קרובות שחיקה יהלום כדי להשיג ממדים סופיים.תהליכים אלה הם אנרגיה אינטנסיבית וזמניים, המוביל לעלויות רכיב כי הם 5-10 פעמים גבוה יותר מאשר חלקי פלדה מקבילים.

הצטרף ואינטגרציה

חיבור חלקי קרמיקה למבנים מתכתיים מציג אתגר בשל התרחבות תרמית לא תואמים ואת הקושי של קרמיקה קרמיקה. clamping מכני, דיפוזיה אג'ינג, ו brazing פעיל משמשים, אבל כל שיטה מוסיפה מורכבות ונקודות חלשות פוטנציאליות. Reliable טכנולוגיות המותאמות לסביבות רוח הם אזור פעיל של מחקר.

בקרת איכות והערכה

מרכיבים סרמיים חייבים להיות כמעט ללא ריקות, סדקים והכללות, כפי שניתן להפיץ תחת טעינה מחזורית. טכניקות בדיקות לא הרסניות כגון טומוגרפיה רנטגן וסריקה קולית הם הכרחיים אבל להוסיף עלות וזמן. בייצור, בקרה תהליך סטטיסטית וזעם מחטא מתקדם עם אווירה מדויקת הם חובה.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

תעשיית אנרגיית הרוח נעה לכיוון טורבינות גדולות יותר עם יכולות דירוג מעל 15MW, במיוחד עבור אתרים בחו"ל.מכונות אלה יעמידו דרישות גדולות יותר בביצועים חומריים. קרמיקה מתקדמת צפויה לשחק תפקיד מתרחב.

• (FLT:0) , Healing CeramicsoverFLT:1) חומרים שיכולים לתקן סדקים באמצעות חמצון או היווצרות שלב זכוכית, חיקוי ריפוי ביולוגי. אבות טיפוס מוקדמים להראות הבטחה להאריך את חיי הרכיב תחת עומס מחזורי.
• (FLT:0)Nanostructured ו Gradient CeramicsveFLT ( 1:1) - גודל גרלין ל nanoscale יכול לשפר את הקשידות ואת הכוח בו זמנית.
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) Recycling and SustainabilityFLT:1) - שיטות למחזר נושאים קרמיקה וציפויים, כגון חמצון עתירי זמן גבוהה כדי להסיר contaminants ו resintering, מפותחים כדי לסגור את הלולאה החומרי.
• (FLT:0) תאומים ו- Performance Modellingph:1) - כלי סימולציה מתקדמים המשלבים תכונות חומריות קרמיקה מסייעים למעצבים לייעל את הגיאומטריה של הרכיב ולנבא מצבי כישלונות עם דיוק.

ככל שהתפוקה עולה ועלויות הייצור יורדת, קרמיקה מתקדמות מכווצת להפוך לחומרים סטנדרטיים בטורבינות הרוח הדור הבא.פרויקטי טייס עם ארגזי הילוכים מלאים ופגזי להב קרמיקה-קופוביים הוכיחו אמינות מבצעית במשך אלפי שעות.עם המשך ההשקעה במחקר ופיתוח, המכשולים של עלות ונוקשות יהיו מטופלים בהדרגה.

מסקנה

קרמיקה מתקדמת מציעה חבילה משכנעת של נכסים - קשיחות קיצונית, עמידות קורוזיה, יציבות תרמית ודחיסות נמוכה - כי ישירות להתמודד עם אתגרים עמידים בפני טורבינות רוח מודרנית.מרכיבים ורכיבי תיבת הילוכים למגינים סחף וגנרטור אינסטלציה, חומרים אלה מוכיחים את הערך שלהם להרחיב את החיים התפעוליים, להפחית את התחזוקה, ולשפר את האנרגיה.

(ב) לקריאה נוספת על יישומים קרמיקה מתקדמים באנרגיה מתחדשת, מתייחס למשאבים מה-FLT:0) המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (National Renewable LaboratoryFLT:1), ה-FLT:2 American Ceramic Society EvolutionFLT 3: ו-FLT:4 European Wind Energy AssociationFLT:5:7 פרטים טכניים נוספים על ביצועי קרמיקה ניתן למצוא בפרסומים של LTF:6 תוכנית האנרגיה של רוח LT.